中央空調定流量和變流量水系統工作情況及發展趨勢

◎劉子葉

中央空調定流量和變流量水系統工作情況及發展趨勢

◎劉子葉

通過對普通中央空調水系統存在的工作缺陷的總結，發現定流量水系統存在能源利用率低下、空調控制系統不具備隨季節、晝夜和用戶負荷的動態變化調整系統功率的特性，從而提出變流量系統可以解決定流量系統存在的問題，可以節約冷量輸送動力、冷源和運行費用，可以提高水泵運行效率等優勢。

普通中央空調存在的缺陷

冷卻/凍水系統存在的缺陷。冷卻水泵電機是按照最大熱交換量的情景下，然后取設定的安全系數。但是大多數情況下，由于晝夜溫差的差異和季節的變換、開機等因素，實際上交換的熱量遠遠小于設計值， 所以，存在大馬拉小車的現象。冷凍水泵的作用是把通過制冷機降了溫的冷凍水通過輸送管送至中央空調各個出風口處的風機盤管組件，對環境起到降溫作用。冷凍水泵的轉速n與流量Q滿足正比例函數關系。如果冷凍水泵轉速增加時、冷凍水的流量也增大、流速也增快，因此冷凍水流經風機盤管組件在短時間內不能完成冷量的完全釋放，又被送回主機。故此冷凍水泵的電機做了許多無用功、而這些都是不必要產生的能耗。

冷卻風機系統存在的缺陷。冷卻塔是冷凍機組中冷卻水最重要的熱交換設備之一，一般冷卻塔的儲存容量是依據最熱天和最大熱負荷的情況下設定的，然而在實際設備工作中，由于季節、氣候、工作負荷的等效熱負載等許多因素都使得設備通常都是處于較低熱負載的情況下工作，因此設備的能耗往往是不必要的及浪費的，而且控制性能很差、在維護管理、檢修調整方面工作量大、費用高、還需專人負責。

定流量水系統存在的問題

定流量水循環系統通常是根據最大的熱量交換和設定安全系數來工作的，但是由于晝夜溫度差異較大和季節的變化以及空調的數量的不同，實際需要的熱量遠小于設計值，而且要隨著外界環境的變化過于頻繁的調整。流量早期是通過改變閥門開度來控制的，電動機在這種情況下運行狀態總是在全速狀態下，如果負載減少，相應的調整節流閥改變管道的橫截面積致使流量隨之發生變化，節流閥能產生抗水作用，導致嚴重的截流損失，引起機械振動和噪聲。而且當循環水泵轉速高時，會縮短冷凍水通過風機盤管組件返回制冷機需要的時間，往往會導致其攜帶的熱量未釋放完， 因此電機再次將能源浪費掉，還有泵如果長時間工頻運行，設備的老化會加重，維護費用和次數會增加。

在我國不同地域溫度差距是很大的，比如 1月份黑龍江最北部平均氣溫為-28℃，海南省一月份平均氣溫為16℃，南北溫差接近50℃，7月份全國各地普遍高溫，南北溫差也接近15℃。一月份東部區域氣溫普遍低于平均溫度-8℃以下，7月份從東到西溫差達10℃左右。而且熱天整個東部地區溫度普遍偏高，冷天東南地區卻仍維持高濕度。因此，夏天偏熱，冬天偏潮，使人非常難受。比如，日平均氣溫低于10℃的北京冬季有158天；夏季平均溫度高于22℃有98天，而氣候宜人的春天和秋天，共計不到110天。由此可見，我國冬冷夏熱的問題是相當突出的，人民生活越是改善，越不堪忍受寒冬暑夏的折騰。冬天需要采暖，夏天想要空調，這都需要能源的支持，原有的空調控制系統不具備隨季節、晝夜和用戶負荷的動態變化調整系統功率的特性，不能滿足用戶實際需求及國家節能減排的號召。

變水量空調系統優勢

變水量是指伴隨空調機組或風機盤管負荷的變化，在系統相應的控制方法下，通過調節冷凍水系統的流量，從而影響到換熱器的傳熱特性，導致冷凍水系統的總體特性發生改變，達到一方面降低主機總能耗，另一方面也減少了水泵的能耗。

變水量空調系統的控制原理。變水量的主要目的是想讓冷源輸出設備的冷流攜帶的能量和所需的末端經常變化冷量相適應，減少冷能源和冷源的傳動功率運行的成本。定流量系統中用戶終端盤管管道使用三通閥調整，泵大部分時間工作效率較低，耗能非常嚴重。在變流量系統中，用戶終端盤管是一個雙向閥調整。真正的變流系統是沿著管道特性曲線的水泵工作點，使其工作在最高效率點的，達到最大的節能效果。

變水量空調系統發展及趨勢。在50年代，變流量的調整是使用手動控制風機的打開、停止、改變齒輪調整風機的空氣輸出和三通閥調整盤管通過室內恒溫器控制水量實現，但是仍然是恒流量的。

60年代中期首次登場的變頻泵是以美國辛辛那提大學首次在水循環系統采用變速泵為標志。但設備的初始投資很大，對于低速狀態下能源消耗是非常大的。

在70年代中期，出現機械控制被模擬控制技術取代，水泵速度也由固定變可調。后來隨著電子變速器的出現，空調末端裝置的三通閥被二通閥所替代。這種通過使用溫度檢測監管模式，具有良好的調節功能，但是房間仍然存在溫度和濕度的波動。

在80年代初，變流量系統控制精度通過使用數字控制器的得到大大提高，水泵和風機的集成系統被看作一個整體。作為一個整體，設備系統的總體性能大幅提高。

21世紀初，建筑自動控制管理系統被越來越廣泛的應用在大型中央空調系統，控制器之間的信息交換也越來越方便，多種控制算法發展非常快速，從該階段起將迎來變流量空調系統發展的一個嶄新歷史。

（作者單位：陜西省商業學校）